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平面向量模問(wèn)題的求解策略研究

2024-05-23 13:15:19徐志剛
中學(xué)數(shù)學(xué)研究 2024年4期
關(guān)鍵詞:特殊化真題變式

徐志剛

平面向量是高考命題的重要考點(diǎn),尤其是平面向量模的問(wèn)題,時(shí)常出現(xiàn)在高考題的填空題中.我們知道,向量既有大小又有方向,這里的大小就是指向量的模,也叫向量的長(zhǎng)度.計(jì)算向量的?;蚰5淖钪担ㄈ≈捣秶┦且活?lèi)??碱}型.那么這類(lèi)問(wèn)題該如何破解,本文從一道高考真題談起.

真題(2023年新課標(biāo)Ⅱ卷第13題)已知向量,滿(mǎn)足-=3,+=2-,則=.

本題題干中的兩個(gè)向量滿(mǎn)足的條件都是以向量模的形式出現(xiàn),無(wú)論是已知條件還是所求結(jié)論都統(tǒng)一到向量的模這個(gè)“焦點(diǎn)”上,主題十分明確.可以說(shuō),本題是一道語(yǔ)言精煉,考點(diǎn)明確不可多得的好題.那么這道題該如何解呢?

首先,我們都知道向量模的運(yùn)算往往與兩類(lèi)的數(shù)量積有關(guān),于是出現(xiàn)了一下兩種思路:

思路1直接利用向量數(shù)量積的律運(yùn)算求解

解法1:[HT]因?yàn)?=2-,即+2=2-2,則2+2·+2=42-4·+2,整理得2-2·=0,又因?yàn)椋?3,即-2=3,則2-2·+2=2=3,故=3.

思路2換元再結(jié)合數(shù)量積的運(yùn)算律求解

解法2:設(shè)=-,則=3,+=+2,2-=2+,由題意可得+22=2+2,則2+4·+42=42+4·+2,整理得2=2,即==3.

上述兩種解法只是表述上的不同,實(shí)質(zhì)是一致的,有時(shí)應(yīng)用了向量的數(shù)量積運(yùn)算的有關(guān)公式.其實(shí),在求解向量問(wèn)題時(shí),還有一種方法不可忽視,那就是坐標(biāo)法.

思路3引入向量坐標(biāo),轉(zhuǎn)化為方程組

解法3:不妨將已知條件特殊化,把向量,的起點(diǎn)都放在原點(diǎn)上,且它們的終點(diǎn)都在x軸上,令=(m,0),=(n,0),則||=|n|.由-=3得|m-n|=3m-n=±3;由+=2-得|m+n|=|2m-n|m=2n或m=0,所以由m-n=3,

m=2n 得n=3;由m-n=-3,

m=2n 得n=-3;由m-n=3,

m=0 得n=-3;m-n=-3,

m=0 得n=3.

綜上可知n=±3,故||=|n|=3.

解答高考題,直接法固然是最常用的方法,但對(duì)于單選題與填空題來(lái)說(shuō),特殊化法有時(shí)省時(shí)又省力,值得嘗試.

思路4應(yīng)用特殊化思想

解法4:當(dāng)=0時(shí),+=2-恒成立,于是由-=3得=3.

點(diǎn)評(píng):從以上四種解法中不難看出,處理向量模的問(wèn)題,一般有兩種方法,一種是依據(jù)向量的數(shù)量積與向量的模之間的關(guān)系式:||2=·;另一種方法就是將向量坐標(biāo)化,把原問(wèn)題轉(zhuǎn)化為解析幾何或代數(shù)問(wèn)題求解.

為了更好的研究這類(lèi)問(wèn)題,我們不妨將上述高考真題加以變式后再作研究.

變式1已知平面內(nèi)非零向量,,滿(mǎn)足<+,>=π3,||=2,|+|=1,則-=.

分析:由已知條件可求得||=3,2·=-6,將-平方展開(kāi)代入求值即可得答案.

解析:因?yàn)?+,>=π3,||=2,|+|=1,

所以[(+)-]2=|+|2+||2-2|+|·||cosπ3=3,所以||=3,

又因?yàn)閨+|=1,兩邊平方得||2+||2+2·=1,解得2·=-6,所以-2=||2+||2-2·=4+3+6=13,所以-=13.

點(diǎn)評(píng):本題中含有“<+,>=π3”的條件,不適宜用坐標(biāo)法,只需應(yīng)用向量的數(shù)量積運(yùn)算的定義和相關(guān)運(yùn)算法則.

變式2已知平面向量,,中,||=3,||=1,-·-=0,且-=-,則的最大值為 .

分析:根據(jù)題意可設(shè)-=x,y,-=-y,x,再利用||=3,||=1可得x2+y-32=1,寫(xiě)出的表達(dá)式利用幾何意義即可求得≤6+1.

解析:由(-)·(-)=0且-=-,不妨設(shè)-=x,y,-=(-y,x),又因?yàn)閨|=3,||=1,不妨設(shè)=3,0,則=(x+3,y),=3-y,x,又=3-y2+x2=1,即x2+y-32=1.所以(x,y)的軌跡是以(0,3)為圓心,半徑r=1的圓,而=x+32+y2表示x,y與-3,0之間的距離,顯然圓心0,3與-3,0之間的距離為d=6,所以d-r≤≤d+r,即的最大值為6+1.

點(diǎn)評(píng):本題屬于模的最值問(wèn)題,最后的方法是數(shù)形結(jié)合,揭示向量的幾何意義,所以坐標(biāo)法是首選.

變式3已知平面向量、、滿(mǎn)足·=0,=1,-=-=5,則12+12-的取值范圍為.

分析:設(shè)=1,0,=x1,y1,=x2,y2,作OA=,OB=,OC=,則C1,0,求出線段AB的中點(diǎn)M的軌跡方程為x-122+y2=494,可得出12+12-=CM,設(shè)點(diǎn)D12,0,由CM=DM-DC結(jié)合向量模的三角不等式可求得12+12-的取值范圍.

解析:如圖1,設(shè)=1,0,=x1,y1,=x2,y2,作OA=,OB=,OC=,則C1,0,則-2=x1-12+y21=25,-2=x2-12+y22=25,·=x1x2+y1y2=0.

令OM=12+=x,y,即x1+x22,y1+y22=x,y, x2+y2=x1+x22+y1+y224=x21+y21+x22+y224=x1-12+y21+x2-12+y22+2x1+x2-24=4x+484=x+12,整理得x-122+y2=494, 故點(diǎn)M的軌跡方程為x-122+y2=494,又12+12-=OM-OC=CM.設(shè)點(diǎn)D12,0,圓D的方程為x-122+y2=494,半徑r=92,因?yàn)镃M=DM-DC,且DM=72,DC=12,所以CM=DM-DC≥DM-DC=3,CM=DM-DC≤DM+DC=4.

即3≤CM≤4,即3≤12+12-≤4.

故12+12-的取值范圍是3,4.

點(diǎn)評(píng):本題考查向量模的取值范圍的求解,對(duì)于較為復(fù)雜的題型,一般可以考慮將向量特殊化、坐標(biāo)化來(lái)處理,利用解析法結(jié)合平面幾何的相關(guān)知識(shí)、向量模的三角不等式來(lái)求解.

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